第一章 按键输入实验.pdf

7.1 按键检测实验 7.1.1 单片机检测小弹性按键的原理 单片机检测按键的原理是：单片机的I/O口既可作为输出也可作为输入使用，当检 测按键时用的是它的输入功能，我们把按键的一端接地，另一端与单片机的某个I/O口相 连，开始时先给该I/O口赋一高电平，然后让单片机不断地检测该O口是否变为低电平，当 按键闭合肘，即相当于该I/O口通过按键与地相连，变成低电平，程序一旦检测到I／O 口变为低电平则说明按键被按下，然后执行相应的指令。 去抖概念：（分为软件去抖和硬件去抖） 按键是机械器件，按下或者松开时有固定的机械抖动。 什么是机械抖动？通常的按键开关为机械弹性开关，由于机械触点的弹性作用，一个按 键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬 间均伴随有一连串的抖动。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。这 是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到；实际上只进行一次按键操作，但有可能执 行了多次按键结果，这就是抖动造成的，所以大多数产品实际使用中都使用了按键去抖功能。 按键的连接方法和按键在被按下时其触点电压变化过程下图： 这个抖动时间虽然很短，不同按键抖动不同，但对应单片机来说，很轻松就能检测到， 单片机的运行的速度是微秒 us 级别。 用示波器跟踪一个小的按钮开关在闭合时的抖动现象，得到如下图的波形。 观察波形可以帮助我们对抖动现象有一个直观的了解。水平轴2ms/DIII，抖动间隙 大约为10ms，在达到稳定状态前一共有6次变化，频率随时间升高。 硬件去抖最简单的就是按键两端并联电容，容量根据实验而定。当然也有专用的去抖 动芯片。 软件去抖使用方便不增加硬件成本，容易调试，所以现在大都使用软件去抖。 关于软件去抖，我们在这里也详细讲解一下原理 ： 1、检测到按键按下后进行 5~10ms 延时，用于跳过这个抖动区域 2、延时后再检测按键状态，如果没有按下表明是抖动或者干扰造成，如果仍旧按下， 可以认为是真正的按下。并进行对应的操作。 3、同样按键释放后也要进行去抖延时，延时后检测按键是否真正松开。 7.1.2 GPIO的8种工作模式 在初始化 GPIO 的时候，根据我们的使用要求，必须把GPIO 设置为相应的模式。如 LED 例程中的 GPIO 引脚如果配置为模拟输入模式是必然会导致错误的。 我们配合 GPIO 结构图，来看看 GPIO 的 8 种模式及其应用场合： 图的最右端为 I/O 引脚，左端的器件位于芯片内部。I/O 引脚并联了两个用于保护的二 极管。本图从 ST 提供的参考手册截取。 ● 四种输入模式 结构图的上半部分为输入模式结构。 接下来就遇到了两个开关和电阻，与 VDD 相连的为上拉电阻，与VSS 相连的为下拉电 阻。再连接到施密特触发器就把电压信号转化为 0、1 的数字信号存储在输入数据寄存器 (IDR) 。我们可以通过设置配置寄存器(CRL、CRH)，控制这两个开关，于是就可以得到 GPIO 的上拉输入(GPIO_Mode_IPU ) 和下拉输入模式(GPIO_Mode_IPD ) 了。 从它的结构我们就可以理解，若 GPIO 引脚配置为上拉输入模式，在默认状态下(GPIO 引脚无输入) ，读取得的 GPIO 引脚数据为 1，高电平。而下拉模式则相反，在默认状态下其 引脚数据为 0，低电平。 而STM32的浮空输入模式(GPIO_Mode_IN_FLOATING)在芯片内部既没有接上拉，也没 有接下拉电阻，经由触发器输入。配置成这个模式直接用电压表测量其引脚电压为1点几伏， 这是个不确定值。由于其输入阻抗较大，一般把这种模式用于标准的通讯协议如I2C、USART 的接收端。 模拟输入模式(GPIO_Mode_AIN )则关闭了施密特触发器，不接上、下拉电阻，经由另 一线路把电压信号传送到片上外设模块。如传送至给ADC模块，由ADC采集电压信号。所 以使用ADC外设的时候，必须设置为模拟输入模式。 ● 四